Question

【題目】氨是重要的基礎(chǔ)化工原料，可以制備尿素[CO(NH2)2]、N2H4等多種含氮的化工產(chǎn)品。

(1)以NH3與CO2為原料可以合成尿素[CO(NH2)2]，涉及的化學(xué)反應(yīng)如下：

反應(yīng)I：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s) △H1= -159.5kJ·mol-1

反應(yīng)II：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+116.5kJmol-1

反應(yīng)III：H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0kJmol-1

則反應(yīng)：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l) △H=______kJmol-1

(2)將氨氣與二氧化碳在有催化劑的反應(yīng)器中反應(yīng)2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2 (s)+H2O(g)，體系中尿素的產(chǎn)率和催化劑的活性與溫度的關(guān)系如圖1所示：

①a點(diǎn)_______（填是或不是）處于平衡狀態(tài)，Tl之后尿素產(chǎn)率下降的原因是________。

②實(shí)際生產(chǎn)中，原料氣帶有水蒸氣，圖2表示CO2的轉(zhuǎn)化率與氨碳比、水碳比的變化關(guān)系。曲線I、II、III對應(yīng)的水碳比最大的是_______，測得b點(diǎn)氨的轉(zhuǎn)化率為30%，則x=___________。

③已知該反應(yīng)的v(正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v(逆)=k(逆)c(H2O)，k(正)和k(逆)為速率常數(shù)，則平衡常數(shù)K與k(正)、k(逆)的關(guān)系式是___________。

(3)N2H4可作火箭推進(jìn)劑。已知25℃時(shí)N2H4水溶液呈弱堿性：N2H4+H2ON2H5++OH- K1=1×10-a；N2H5++H2ON2H62++OH- K2=1×10一b。

①25 ℃時(shí)，向N2H4水溶液中加入H2SO4，欲使c(N2H5+)>c(N2H4)，同時(shí)c(N2H5+)>c(N2H62+)，應(yīng)控制溶液pH范圍__________（用含a、b式子表示）。

②水合肼（N2H4H2O）的性質(zhì)類似一水合氨，與硫酸反應(yīng)可以生成酸式鹽，該鹽的化學(xué)式為_____。

Answer 1

【答案】-87.0 不是 升高溫度反應(yīng)逆向移動，催化劑活性降低 I 4 K= 14-b<pH<14-a N2H5HSO4

【解析】

(1)反應(yīng)I：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s) △H1= -159.5kJ·mol-1 ①

反應(yīng)II：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+116.5kJmol-1 ②

反應(yīng)III：H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0kJmol-1 ③

利用蓋斯定律，將①+②-③，即得反應(yīng)：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)的△H。

(2)①在T1之后，升高溫度，尿素的產(chǎn)率降低，說明平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。也就是溫度越高，達(dá)平衡時(shí)氨的轉(zhuǎn)化率越低，若a點(diǎn)達(dá)平衡，則氨的產(chǎn)率比T1點(diǎn)大。

②對于反應(yīng)體系，在氨碳比相同的情況下，增大水蒸氣的量，平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率降低。對于b點(diǎn)，氨的轉(zhuǎn)化率為30%，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，由變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，可求出x。

③已知該反應(yīng)的v(正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v(逆)=k(逆)c(H2O)，k(正)和k(逆)為速率常數(shù)，則平衡時(shí)，v(正)= v(逆)，由此可求出平衡常數(shù)K與k(正)、k(逆)的關(guān)系式。

(3) K1==1×10-a，由c(N2H5+)>c(N2H4)，可求出c(OH-)<1×10-a；K2==1×10一b，由c(N2H5+)>c(N2H62+)，可求出c(OH-)>1×10一b，由此可求出應(yīng)控制溶液pH范圍。

②水合肼（N2H4H2O）的性質(zhì)類似一水合氨，與硫酸反應(yīng)可以生成硫酸氫鹽，由此可得出該鹽的化學(xué)式。

(1)反應(yīng)I：2NH3(g)+CO2(g)NH2CO2NH4(s) △H1= -159.5kJ·mol-1 ①

反應(yīng)II：NH2CO2NH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H2=+116.5kJmol-1 ②

反應(yīng)III：H2O(l)=H2O(g) △H3=+44.0kJmol-1 ③

利用蓋斯定律，將①+②-③，即得反應(yīng)：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(l)的△H= -87.0 kJmol-1。答案為：-87.0；

(2)①在T1之后，升高溫度，尿素的產(chǎn)率降低，說明平衡逆向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。也就是溫度越高，達(dá)平衡時(shí)氨的轉(zhuǎn)化率越低，若a點(diǎn)達(dá)平衡，則氨的產(chǎn)率比T1點(diǎn)大。所以a點(diǎn)不是處于平衡狀態(tài)，Tl之后尿素產(chǎn)率下降的原因是升高溫度反應(yīng)逆向移動,催化劑活性降低。答案為：不是；升高溫度反應(yīng)逆向移動,催化劑活性降低；

②對于反應(yīng)體系，在氨碳比相同的情況下，增大水蒸氣的量，平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率降低，從而得出曲線I、II、III對應(yīng)的水碳比最大的是I。對于b點(diǎn)，氨的轉(zhuǎn)化率為30%，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，由變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可得，，可求出x==4。答案為：I；4；

③已知該反應(yīng)的v(正)=k(正)c2(NH3)c(CO2)，v(逆)=k(逆)c(H2O)，k(正)和k(逆)為速率常數(shù)，則平衡時(shí)，v(正)= v(逆)，k(正)c2(NH3)c(CO2)=k(逆)c(H2O)，=K。答案為：K=；

(3) K1==1×10-a，由c(N2H5+)>c(N2H4)，可求出c(OH-)<1×10-a，則pH<14-a；K2==1×10一b，由c(N2H5+)>c(N2H62+)，可求出c(OH-)>1×10一b，pH>14-b，由此可求出應(yīng)控制溶液pH范圍為14-b<pH<14-a。答案為：14-b<pH<14-a；

②水合肼（N2H4H2O）的性質(zhì)類似一水合氨，與硫酸反應(yīng)可以生成硫酸氫鹽，由此可得出該鹽的化學(xué)式為N2H5HSO4。答案為：N2H5HSO4。